探索5億年前的“骨頭密碼” 西大科研團隊揭秘動物骨骼起源
中新網(wǎng)西安9月29日電 (記者 阿琳娜)從蝸牛的殼、螃蟹的甲，到人類的骨頭――動物的“硬骨架”是怎么來的？地球上的動物骨骼是如何長出來的？
西北大學(xué)29日對外公布，該校張志飛教授指導(dǎo)博士研究生胡亞洲及團隊成員，聯(lián)合課題組外專Timothy Topper和Luke Strotz教授及中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所李國祥研究員與潘兵博士，對產(chǎn)自中國華北板塊寒武紀(jì)早期猴家山組的開腔骨骨片開展了系統(tǒng)研究，成果以亮點封面論文發(fā)表在美國地質(zhì)學(xué)會著名期刊――GEOLOGY。團隊發(fā)現(xiàn)，5億年前的化石里藏著動物最早由上皮組織控制骨骼生長的證據(jù)，刷新了人類對早期動物的認知。
開腔骨骨片上多邊形有機質(zhì)框架結(jié)構(gòu)包覆在磷酸鹽化內(nèi)核上，同時被磷灰石質(zhì)外模包圍，透射電鏡能譜分析揭示多邊形結(jié)構(gòu)以黏土礦物保存。西北大學(xué)供圖據(jù)介紹，動物是顯生宙地球上的創(chuàng)新主角。珊瑚、腕足動物、軟體動物和管棲環(huán)節(jié)動物(原口動物)等往往具有防御用外骨骼，棘皮動物和各種脊椎動物等(后口動物)往往具有支撐身體的內(nèi)骨骼?，F(xiàn)代生物學(xué)的研究認為原口動物和后口動物骨骼的礦化機制和生理過程可能不同，但均是在上皮組織或者結(jié)締組織控制下形成的礦化結(jié)構(gòu)。那么，現(xiàn)如今地球上的骨骼起源于什么時候呢？動物這種“靠組織控制長硬殼”的能力，是從什么時候開始有的？
目前，已知最早的動物礦化骨骼記錄來源于約5.6―5.2億年前的寒武紀(jì)大爆發(fā)時期，地球動物很可能在此時獲得了各種礦化能力。傳統(tǒng)觀點認為動物骨骼的出現(xiàn)很可能與捕食者與被捕食者之間的“軍備競賽”有關(guān)，也就是人們常說的“防御天敵”，即在攻防之間演化出了攻擊用的利爪與牙齒，也形成了防御用的厚重殼體，但具體機制還不清晰。
不僅最早礦化骨骼為什么出現(xiàn)這一重大科學(xué)問題沒有解決，該時期動物如何控制骨骼形成也一直是古生物界的難題。寒武紀(jì)早期的骨骼化石材料雖然不同程度地保存了較為精細的殼體形態(tài)，但這些材料并未保存細節(jié)證據(jù)，以揭示早期動物骨骼是由什么控制形成、是否和現(xiàn)代動物骨骼一樣，由上皮組織或者結(jié)締組織控制形成，亟待新材料的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新理論的提出。而西北大學(xué)研究團隊發(fā)現(xiàn)的來自中國華北板塊寒武紀(jì)早期猴家山組的開腔骨骨片，為我們揭秘了這一科學(xué)難題。
華北寒武系第四階猴家山組中保存多邊形有機質(zhì)框架結(jié)構(gòu)的開腔骨骨片。西北大學(xué)供圖團隊對這些極其微小的開腔骨骨片開展了系統(tǒng)研究。通過對大量大小僅為300μm化石骨片的掃描電鏡、顯微CT、聚焦離子束與掃描電鏡聯(lián)用及透射電子顯微鏡能譜分析，發(fā)現(xiàn)了這些骨片上存在大量以黏土礦物保存的多邊形結(jié)構(gòu)，如同“蜂巢”一般包覆整個開腔骨骨片。
團隊通過和現(xiàn)生貝殼對比，發(fā)現(xiàn)這些多邊形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與軟體動物珠母貝棱柱層間的有機質(zhì)框架在大小、形態(tài)和顯微結(jié)構(gòu)上存在著極大的相似性，因此認為開腔骨化石骨片上的多邊形結(jié)構(gòu)與軟體動物的有機質(zhì)框架結(jié)構(gòu)在起源、分泌方式上類似，兩者的形成受控于表皮細胞，都發(fā)育有細胞間的棱和柱狀結(jié)構(gòu)。其礦化骨骼與現(xiàn)代軟體動物一樣也形成于這些多邊形有機框架中。
結(jié)合軟體動物有機質(zhì)框架的形成過程及形成機制，研究認為，疑難動物化石開腔骨類內(nèi)部的空腔是屬于表皮細胞包圍形成的真體腔，這就意味著，5億年前的開腔骨化石具有現(xiàn)代真后生動物以表皮細胞形成上皮組織，進而控制外部骨骼礦化的能力。
現(xiàn)代動物系統(tǒng)學(xué)研究表明，動物四大組織(上皮組織、結(jié)締組織、肌肉組織和神經(jīng)組織)的出現(xiàn)是真后生動物的典型特征。寒武紀(jì)開腔骨化石上皮組織多邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及其顯微結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)表明，該寒武紀(jì)疑難類化石隸屬于一種真后生動物。
此前，專家認為，開腔骨可能跟海綿動物存在一定的相似性，具有親緣關(guān)系。而研究發(fā)現(xiàn)寒武紀(jì)開腔骨類與以中膠層造骨細胞形成礦化骨針、無任何組織分化的海綿類側(cè)生動物完全不同，因此完全否定了開腔骨類化石屬于或者與海綿動物親緣關(guān)系親近的傳統(tǒng)觀點。
評審專家認為該研究的最大亮點是將現(xiàn)代生物礦化原理應(yīng)用于早期殼體化石，并通過多學(xué)科的交叉研究方法揭示了寒武紀(jì)大爆發(fā)期間動物礦化顯微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，代表了真正的與礦化結(jié)構(gòu)相關(guān)的上皮組織在寒武紀(jì)大爆發(fā)期間的首次發(fā)現(xiàn)，表明在寒武紀(jì)大爆發(fā)的早期，即使是一些比較低等的疑難動物，已經(jīng)具有形成類似于現(xiàn)代高等動物復(fù)雜礦化骨骼的能力。(完)
本文鏈接：探索5億年前的“骨頭密碼” 西大科研團隊揭秘動物骨骼起源http://www.sq15.cn/show-5-71542-0.html
聲明：本網(wǎng)站為非營利性網(wǎng)站，本網(wǎng)頁內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻，不代表本站觀點，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。天上不會到餡餅，請大家謹防詐騙！若有侵權(quán)等問題請及時與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時間刪除處理。